GNSS-Deformationsüberwachung an der höchsten Brücke der Welt

Mit einer Höhe von 626,01 Metern über dem darunterliegenden Fluss wurde die Huajiang-Canyon-Brücke in Guizhou, China, am 28. April von Guinness World Records als höchste Brücke der Welt zertifiziert. Hinter diesem Rekord steht ein langwieriges Programm präziser Vermessungsarbeiten. Von der Sperrung der Hauptspannweite während der Bauphase bis hin zur Rund-um-die-Uhr-Überwachung nach der Verkehrsfreigabe der Brücke trugen GNSS-Geräte von CHCNAV zur Sicherung des Bauwerks bei, und zur Messung der rekordverdächtigen Höhe selbst kamen unbemannte Vermessungsschiffe sowie RTK-Empfänger von CHCNAV zum Einsatz.

Präzise Positionierung für einen effizienten Hauptfeldverschluss

In der Endphase der Bauarbeiten erforderte das Einheben der weitgespannten Stahlfachwerkträger höchste Präzision bei Arbeiten in großer Höhe. Um dies zu lösen, wurde das intelligente Seilkran-Hebesystem auf der Grundlage von Satellitenortung aufgebaut. CHCNAV setzte die P5-GNSS-Referenzstation zusammen mit integrierten GNSS-Überwachungsempfängern von CHCNAV ein und nutzte millimetergenaue Ortung, um die Höhe der Hubwinden und die Position der Zugwinden in Echtzeit zu verfolgen. Diese Daten boten den Teams zuverlässige Unterstützung bei der Positionsanpassung, der Ausrichtungskontrolle und der präzisen Trägerausrichtung und trugen dazu bei, dass die Fertigstellung auf hohem Niveau erfolgen konnte.
 

In der CHCNAV-Produktpalette wird diese Überwachungsfunktion vom integrierten GNSS- und MEMS-Überwachungsempfänger H3 übernommen, der eine Multi-Konstellations-GNSS-Karte mit einem eingebauten Trägheitssensor für die Echtzeit-Verschiebungserfassung kombiniert.

Kontinuierliche Zustandsüberwachung für einen sicheren Betrieb

Als Hängebrücke, die eine tiefe Schlucht und einen Fluss überspannt, ist die Huajiang-Canyon-Brücke langfristig Umwelterosion und wechselnden Belastungen ausgesetzt. Die frühzeitige Erkennung von Verformungsanomalien und Sicherheitsrisiken ist entscheidend für die Sicherheit des Bauwerks über Jahrzehnte hinweg. Zu diesem Zweck installierte die zuständige Behörde zehn CHCNAV-GNSS-Messempfänger an den kritischen Punkten des Bauwerks: in der Mitte der Spannweite, an den Tragseilen und an den Brückentürmen.

Die Empfänger erfassen alle Frequenzbänder der GNSS-Konstellationen und erfassen durch intelligente Signalidentifizierung und adaptive Interferenzunterdrückung die Durchbiegung der Brückenspannweite, die Neigung des Pylons, die Verschiebung des Hauptkabels und die Setzung des Fundaments mit hoher Präzision und hoher Frequenz. Dank der Schutzart IP68 halten sie rauen Außenbedingungen stand, und ein Betriebsbereich von minus 40 bis plus 85 Grad Celsius sorgt für Stabilität trotz der Temperaturschwankungen im Canyon und ermöglicht so eine kontinuierliche, unbeaufsichtigte Überwachung rund um die Uhr.

So funktioniert die strukturelle Überwachung mittels GNSS

Die Bauwerksüberwachung mit GNSS basiert auf einer einfachen Idee, die mit großer Präzision umgesetzt wird: Ein an einem Bauwerk befestigter Empfänger meldet kontinuierlich seine eigene Position, und jede Bewegung des Bauwerks zeigt sich als Veränderung dieser Position. Die technische Herausforderung besteht darin, Bewegungen von wenigen Millimetern an einem Bauwerk zu erfassen, das sich selbst durch Wind, Verkehr und thermische Ausdehnung bewegt, und dies über Jahre hinweg zuverlässig zu tun, statt nur über Minuten.
 

Ein GNSS-Empfänger in Überwachungsqualität löst dieses Problem auf verschiedene Weise. Er verfolgt jedes verfügbare Signalband über mehrere Konstellationen hinweg, was ihm Redundanz verschafft, wenn ein Teil des Himmels verdeckt ist, und die Geometrie der Positionsbestimmung verbessert. Er kombiniert die Trägerphasenverarbeitung mit einer Referenzstation, in diesem Fall der P5, sodass Positionen relativ zu einem stabilen Bezugspunkt statt absolut bestimmt werden, was die Genauigkeit auf Millimeterniveau erhöht. Ist ein Trägheitssensor integriert, wie beim H3, kann der Empfänger zudem echte Strukturbewegungen von kurzfristigen Signalstörungen unterscheiden. Das Ergebnis ist eine kontinuierliche Aufzeichnung von vier Schlüsselparametern, die Ingenieure bei jeder großen Brücke beobachten:
 

• Durchbiegung: die vertikale Bewegung der Fahrbahn in der Mitte der Spannweite unter Verkehrs- und thermischer Belastung.
   
• Neigung: die Winkelbewegung der Brückentürme, die auf ungleichmäßige Belastung oder Probleme mit dem Fundament hinweist.
   
• Verschiebung: die Bewegung der Tragseile, der primären tragenden Elemente einer Hängebrücke.
   
• Setzung: die langsame vertikale Bewegung der Fundamente, die auf Boden- oder Unterspülungsprobleme im Untergrund hindeuten kann.
   

Da die Messgeräte diese Werte kontinuierlich und nicht nur bei regelmäßigen Inspektionen erfassen, erstellt das Überwachungssystem ein Referenzprofil des normalen Verhaltens und meldet Abweichungen davon. Ein Messwert, der außerhalb des erwarteten Bereichs liegt, dient als Frühwarnung, lange bevor eine Veränderung für einen Inspektor sichtbar wäre – dies ist der zentrale Vorteil einer permanenten Überwachungsanlage gegenüber rein manuellen Messkampagnen.

Zuverlässige Positionsbestimmung in einer anspruchsvollen Canyon-Umgebung

Bevor die Brücke als die höchste der Welt zertifiziert werden konnte, musste der vertikale Abstand vom Brückendeck zur Wasseroberfläche mit einer exakten, unanfechtbaren Zahl ermittelt werden. Das Vermessungsteam des Ersten Instituts für Vermessung und Kartografie der Provinz Guizhou kombinierte hochpräzise GNSS-Positionierung mit unbemannten Vermessungsbooten, um die für eine tief eingeschnittene Schlucht typischen Messprobleme zu lösen: die Gewährleistung der Genauigkeit über einen extremen Höhenunterschied hinweg sowie das Arbeiten unter schwierigen Bedingungen auf und um das Bauwerk herum.

Als der Wasserstand sank und sich das Flussbett für ein bemanntes Boot zu sehr verengte, war das nur 13 kg schwere unbemannte Vermessungsboot APACHE 4 leicht genug, damit das Team es zu Fuß zum Messpunkt unterhalb der Brücke tragen konnte. Dank seiner integrierten hochpräzisen GNSS-Positionierung mit RTK- und PPK-Unterstützung erfasste es die Daten zur Wasseroberflächenhöhe effizient und genau. Auf dem Brückendeck darüber stellte der an das regionale NTRIP-Netzwerk angeschlossene GNSS-RTK-Empfänger ViLi i100 die entsprechenden Vermessungspunkte präzise ab.

Die Umgebung in der Schlucht stellte die eigentliche Bewährungsprobe dar. Starke Winde, Abschirmungen durch die Berge und Reflexionen von der Wasseroberfläche beeinträchtigen die GNSS-Signalübertragung und führen leicht zu Mehrwegfehlern, die in einer solchen Umgebung die größte Gefahr für die Positionsstabilität darstellen. Ausgestattet mit einer Positionsbestimmung durch Datenfusion aus mehreren Quellen identifiziert und unterdrückt der ViLi i100 die durch das Canyon-Gelände, Reflexionen an der Wasseroberfläche und Bergabschirmung verursachten Mehrwegfehler und sorgt so für konsistente und zuverlässige Wiederholungsmessungen. Nach wiederholter Gegenprüfung der Daten wurde die Höhe vom Deck zum Wasserspiegel auf 626,01 Meter festgelegt und die Zertifizierung durch Guinness World Records bestätigt.

CHCNAV-Überwachungsempfänger für Brücken und kritische Infrastruktur

Die an der Huajiang-Canyon-Brücke eingesetzten Empfänger sind Teil der umfassenden Infrastrukturüberwachungs- und Deformationsmesslösung von CHCNAV. Der integrierte GNSS- und MEMS-Überwachungsempfänger H3 wurde genau für diese Aufgabe entwickelt: ein versiegeltes Gerät der Schutzklasse IP68, das Signale mehrerer Satellitenkonstellationen erfasst, über einen integrierten Trägheitssensor für eine stabile Verformungserfassung verfügt und über einen weiten Temperaturbereich unbeaufsichtigt betrieben werden kann. In Kombination mit einer P5-GNSS-Referenzstation als Maßstab verwandelt ein Netzwerk dieser Empfänger eine Brücke, einen Damm, einen Hang oder ein Hochhaus in eine kontinuierlich überwachte Anlage.
 

Für die Überwachung von Brückenverformungen, die Sicherheit von Dämmen und Stauseen, die Überwachung von Erdrutschen und Hängen sowie für Arbeiten zur Setzungsmessung bei Hochhäusern und Fundamenten bietet CHCNAV die GNSS-Empfänger, Referenzstationen und die Überwachungslösung, die diese miteinander verbindet. Die Huajiang-Canyon-Brücke ist ein Projekt im Rahmen dieses laufenden Programms und ein anspruchsvoller Beweis dafür, was eine kontinuierliche GNSS-Überwachung an den extremsten Bauwerken der Welt leisten kann.

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und Autonomie und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachleuten gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [Huace:300627.SZ] finden Sie unter: https://geospatial.chcnav.com/about/overview